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关于测量的常见问题18:传感器放大器的AC输出/DC输出

本测量专栏收集了您经常向我们的客户咨询室询问的问题,并介绍了答案。

使用内置前置放大器的加速度检测器时,必须向加速度检测器内的放大器供电。本公司的前置放大器内置型加速度检测器采用了名为CCLD (恒流驱动,恒定电流驱动)的电源供应结构。根据制造商的不同,也有以IEPE、IPC的名称来称呼的情况,但是是相同的构造。

本公司的FFT分析仪、数据站等配备了CCLD方式的电源供应功能,因此可直接连接前置放大器内置型加速度检测器。连接示波器、A/D转换板等时,需要使用具有电源供应功能的传感器放大器等。

在传感器放大器中,除了直接或简单地放大来自传感器的信号并输出之外,还具有转换为称为有效值的信号并输出的功能。在这些产品中,直接或简单放大的输出称为AC输出,转换为有效值的输出称为DC输出。

支持CCLD的传感器放大器

本公司支持CCLD (恒流驱动) 的传感器放大器有2ch传感器放大器SR-2210、3ch传感器放大器PS-1300。

SR-2210 双通道传感器放大器是一款配备 CCLD(临界碰撞沉积)系统的传感器放大器,用于为传感器供电并放大信号。它还具有频率校正功能(A/C/FLAT),可在连接传声器测量声音时使用;但连接加速度计时,应使用 FLAT 模式。它不具备 RMS(粗略值)输出(直流输出)功能。

3ch传感器放大器PS-1300也是具备CCLD方式的传感器电源供给功能和信号放大功能的传感器放大器。它还具有积分功能和高通滤波器和低通滤波器功能。通过在PS-1300中添加PS-0131有效值输出功能选项,您可以输出称为有效值的信号 (DC输出),而不是正常的交流输出。使用交流输出记录加速度信号本身的时间波形或对其进行频率分析。如果不进行频率分析,只记录振动幅度,则使用有效值输出 (DC输出) 。

手机振动器振动

在手机上粘贴加速度检测器测量的振动器振动加速度的时间轴波形及其功率谱如图1所示。时间波形的单侧振幅为13.37 m/s 2,功率谱的整流值 (有效值) 为8.68 m/s 2。从功率谱来看,振动的基本频率为200 Hz,其振幅 (有效值) 为7.64 m/s 2。另外,也观测到2次以上的谐波成分。

  • 图1蜂窝电话振动器振动加速度的时间轴波形 (上部) 和功率谱 (下部)
    图1蜂窝电话振动器振动加速度的时间轴波形 (上部) 和功率谱 (下部)

传感器放大器的AC输出输出图1上段所示的时间轴波形。加速度和输出电压之间的关系取决于加速度检测器的灵敏度 [mV/ (m/s 2) ] 和放大器的增益 (放大率) 。

手机振动器振动的AC输出·DC输出

手机振动器振动的加速度信号 (AC输出) 与根据该信号进行与传感器放大器PS-1300的有效值输出功能相同的处理后求出的有效值信号 (DC输出) 的波形如图2所示。振动器振动三秒钟,然后停止。停止约1秒后的振动是由移动电话的按钮操作引起的振动,但由于持续时间短,因此不影响有效值信号 (DC输出) 。

  • 图2手机振动器振动加速度的AC输出 (蓝色) 和DC输出 (红色)
    图2手机振动器振动加速度的AC输出 (蓝色) 和DC输出 (红色)

PS-1300有效值输出功能选件使用时间常数为1.18秒的有效值电路计算有效值,因此振动开始后输出不会马上增大,需要几秒钟才能提高到8.12 m/s 2。振动停止后,会慢慢下降。

加速度信号 (交流输出) 的最大值为15.25 m/s 2。有效值是时间波形的均方值,因此有效值始终等于或小于最大值。如果是正弦波,有效值为最大值的√2倍 (0.707倍),如果是一般振动,则为最大值的一小部分,如果是冲击性振动,则更小。

如果不需要振动的加速度信号,只需测量振动大小的变化,则记录传感器放大器等的有效值输出 (DC输出) 。记录DC输出值的频率可以是每秒几次,并且频率可以是更低,如果大小变化很小。但是,持续时间短的冲击振动不会反映在有效值输出 (DC输出) 中。如果还要监视加速度信号的最大值以检测冲击振动,则必须以足够快的采样频率记录交流输出。

总结

要记录加速度信号本身的时间波形或对其进行频率分析,必须使用能够以足够快的采样频率捕获信号的设备,如FFT分析器、数据站或数据记录器。在仅记录振动幅度的情况下,如果存在配备有有效值信号 (DC输出) 的传感器放大器等,则仅需要以每秒几次或更少的频率捕获数据,并且相对便宜的设备可以记录振动。

出于这个目的,使用敝公司的3ch传感器放大器PS-1300的情况很多,所以
这次介绍的是传感器放大器的AC输出和DC输出的区别。

(摘自2018年4月24日发行的电子邮件杂志)